레이저 패터닝이 원형 22MnB5관의 동적 충돌성능에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

자동차 충돌과정에서 운전자의 안전을 확보함과 동시에 충돌에너지를 흡수하기 위해서 동일한 판넬에 강도구배를 주는 기술은 매우 효과적이다. 레이저 패터닝은 동일한 소재에 강도 구배를 줄 수 있는 가장 정밀한 방법이기 때문에 유용하게 사용된다. 본 논문에서는 동적 충돌성능을 평가하기 위해 그림 1과 같은 시험환경을 준비했으며, 레이저 패터닝을 이용하여 22MnB5소재의 원형관에 0˚, 45˚, 90˚, 어그제틱, 허니컴 형상으로 국소강화한 시편을 제작한다. 레이저 패터닝을 하지 않은 원형 관은 충돌 시 단순히 바깥쪽으로 팽창하면서 일정한 형상으로 변형한다. 하지만, 레이저 패터닝으로 동일한 원형관에 강도 구배를 의도적으로 부여할 경우, 강도가 약한영역이 먼저 변형하면서 변형모드가 달라지게 된다. 이러한 현상을 이용하여, 충돌성능에 유리하도록 의도적으로 변형모드를 유도하는 것이 가능하다는 것을 실제 실험으로 확인했다. 그림 2와 같이 패터닝 형상에 따른 충돌성능을 비교하기 위해 변위에 따른 충돌 하중과 변위에 따른 흡수 에너지의 변화 등을 비교했다. 이때 동등한 비교를 위해 동일한 변위에서의 하중과 에너지 흡수율, 초기 에너지 대비 충돌 후 흡수 에너지의 비율 등을 비교했다. 그 결과 헬리컬 형상으로 패터닝한 튜브의 에너지 흡수율이 가장 높다는 것을 확인했으며, 이는 이전 연구에서 준정적으로 압궤시험을 한 결과와 동일하게 나타났다. 우리는 왜 헬리컬 형상으로 패터닝을 했을 때 에너지 흡수율이 가장 높게 나오는 지 확인하기 위해 그림 3과 같이 충돌 후 원형관의 형상과, 해당 형상으로 변형되는 과정을 초고속카메라로 촬영하여 분석했다.